增量式PID和位置式PID

轉自  panpan_0315的博客 

原文地址   http://www.eefocus.com/panpan_0315/blog/10-08/194022_25161.html  


1.先介紹幾個概念,首先是比例帶

比例帶是一個無量綱的純數值,其物理意義爲:調節閥從全開到全關(輸出做全量程範圍變化時),輸入(被控量)的變化佔其全量程變化範圍的百分數。如輸入爲溫度,輸出爲閥門開度,1-100攝氏度量程,如希望溫度從15——20度變化時,閥門從全開到全關,比例帶爲5%。

以智能車速度控制爲例,控制量佔空比從0-100%變化,如設定速度值爲60,測量值爲40則100%佔空比加速,測量值爲80則0佔空比。即速度從80變化到40,佔空比從0變化到100%,則比例帶爲40%。

比例帶反映的是對誤差的敏感程度,比例帶越小,對誤差越敏感。對誤差越敏感,越容易引起震盪。

以下是PID的公式

當然在單片機中,積分用求和來完成,微分用做差來完成。

其中

KP爲比例帶的倒數,比例帶越小,KP越大,對誤差越敏感。

其中T爲採樣時間,若10ms測速一次,則T=10ms,Ti爲積分時間,積分時間約大,積分作用越弱。

Ti積分時間的物理意義爲,當誤差不變的情況下,積分作用達到和比例控制相同的效果所需的時間。

例如,當誤差爲5%時,比例控制給出100%的控制量,若不考慮比例控制,只用積分,同樣是5%的誤差且不變,當積分時間爲5s時,也能達到100%,不過需要5s的時間。

也就是說,當誤差一定時,比例控制會立刻起作用,而積分控制也能達到和比例相同的效果,但是需要經過一定時間,這個時間就是積分時間。這一點從公式中推導一樣可以得到這個結論。

引入的積分的目的是消除穩態誤差。一般的空調控制,只用PI即可,智能車控制則方向一般用PD,速度可用PI,也可用PID。

若使用PI控制,位置式的缺點就是積分飽和,也就是當控制量已經達到最大時,誤差仍然在積分作用下繼續累積,一旦誤差開始反向變化,則系統需要較長時間從飽和區退出。當u(k)達到最大和最小時,需要停止積分作用,否則進入飽和時,則難以對誤差的變化有快速的反應。如採用增量式則可以消除這個問題。

從位置式的公式即可推導

以智能車速度控制爲例,使用增量式PI

自己確定好比例帶和積分時間,測量週期,很容易就可以確定公式中的幾個參數,當然需要經過大量實驗來實現參數的最優化。

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